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浅谈超高层建筑幕墙设计施工一体化工程管理

浅谈超高层建筑幕墙设计施工一体化工程管理

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天誉南宁东盟创客城由香港上市公司天誉集团打造的集摩天地标楼、甲级写字楼、酒店、SOHO、住宅等业态为一体的大型商住综合体项目。其中拟规划的超高层即东盟塔将建成为广西最高、世界排名第九的建筑,地上109层,建筑设计高度528m,结构高度489m,建成后也将成为东盟第一高塔。但由于规划原因,南宁市规划管理局发布了《天誉南宁东盟创客城项目总评方案地块二批前公示》,公示指明,拟对天誉南宁东盟创客城项目总评地块二进行调整,将东盟塔主体建筑高度由原来的528米(109层)调整至346米(海拔高度423米,72层)。如图1所示:

 

                              

1-原规划高     2-规划调整后高度

而在建筑超高层快速发展的时代,中国总是走在最前沿。据官方数据统计中国超高层建筑幕墙数量暂居世界第一,中国超过300米以上建筑的城市也是位置世界前列。所以对于建筑幕墙行业的从业者来说,更是一个巨大的挑战;一个好的幕墙设计团队,理解建筑设计的意图,想方设法给建筑披上华丽的外衣,即满足幕墙功能需求,也能实现建筑师天马行空之想象,则可谓锦上添花;但很多幕墙设计者往往仅是理论派,缺少对材料性能、材料加工、现场安装等方面的经验,设计出来的幕墙外衣则会导致成本的大量增加,甚至是无法实现;为此浅谈超高层建筑幕墙设计施工一体化管理思路,将幕墙项目全寿命周期的环节串连在一起考虑,必将会对幕墙行业的发展起到引领作用。

 

1. 工程概况

1.1. 项目位置

此项目位于广西南宁市五象新区,南面为五象大道,西面为杨峰路,北临邕江。规划调整后的东盟塔由一幢超高层塔楼+独立4层高的裙房以及3层地下室组成,塔楼建筑功能包括办公、酒店和公寓。塔楼建筑高度346m,结构高度344m,幕墙高度为346米,地上共75层。建筑平面为圆形切角的三角形,底部平面边长64m。如图2所示。

1.2. 参建单位

建设单位:南宁天誉巨荣置业有限公司

承 包:天祥建设集团股份有限公司

建筑设计:Skidmore,Owings & MerrillLLP(美国SOM)

深圳华森建筑与工程设计顾问有限公司

结构设计:广州容柏生建筑结构设计事务所

风洞试验:华南理工大学风洞试验室

幕墙施工:深圳广田方特科建集团有限公司

工期目标:工期750日历天

1.3. 结构形式及特点

1.3.1.塔楼结构采用钢管混凝土巨柱+环桁架(转换桁架)+核心筒的巨型结构体系。

1.3.2.塔楼三角形平面的3个端部各设置2根巨柱,共6根巨柱,沿塔楼高度设置3个环桁架加强层形成巨型外框架,提升塔楼刚度。

1.3.3.塔楼中部的2个环桁架兼做外框次结构柱的转换桁架,设计通过拓扑优化采用高腰斜撑桁架取代传统人字形桁架,使得转换桁架的杆件利用更高效。

1.3.4.立面沿高度倾斜收进,核心筒在中部31层收进,由双筒变为单筒。

1.3.5.结构设计对构件尺寸进行了合理优化,对核心筒底部加强区、收进部位的剪力墙进行适当加强,使其具有较好的抗震性能。结构形式如图3所示

3-塔楼结构图

2019年2月27日,RBS事务所顾问+第三方弹塑性分析项目天誉南宁东盟创客城(Maker Town)东盟塔(2-1号楼)顺利通过超限审查。如图4所示:

  

4-超限审查评审           5-风洞试验模型

由华南理工大学风洞实验室完成“天誉南宁东盟创客城(Maker Town)东盟塔项目"结构风荷载及风振响应分析工作。对天誉南宁东盟创客城(Maker Town)东盟塔346m的塔楼实施高频天平测力风洞试验。通过风洞试验和结构风振分析确定主体结构设计所需的等效静风荷载、塔楼顶层的加速度响应、围护结构风荷载以及风环境评估。如图5所示:

2. 复杂幕墙系统的设计思路

2.1. 设计思路分析

建筑幕墙的质量、安全、进度等等一系列因素均与设计息息相关,建筑幕墙设计师在设计阶段就要认真研究其幕墙特点,了解建筑幕墙行业发而的相关国家规范和行业规范,同时掌握项目所在地的气候条件,结构计算取值准确,运用正确的计算软件时行计算;同时考虑建筑幕墙各种材料的技术参数、加工和使用性能,以满足幕墙的各种试验性能指标,从设计阶段就控制好幕墙建造后的质量。针对本项目的重点复杂幕墙系统其设计思路如下撰述。

2.2. 塔楼标准单元式玻璃幕墙系统

系统特点:标准层层高为4350mm;单元板块标准分格1125~1567*4350(3650)mm,标准单元板重约445~597kg;避难层高度为4600~6300mm,最重单元板重约1080kg。转角凹槽位置单元板带玻璃雨棚,挑出玻璃完成面450mm。面板完成面距结构边沿为300mm;

设计思路:

依据最新《建筑幕墙用槽式埋组件》GB/T 38525-2020的相关规定,为考虑超高层单元式幕墙的安全受力体系及现场的安装难易程程度,本项目预埋件选择热扎槽式埋件,材质为Q238B,采用面埋形式,以便于安装工作在楼层内实现操作。考虑到单元板块的挂接承重,其连接码采用6061-T6材质的高强度铝合金板材。

依据建标[2015]38号文,及《建筑玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003规范,为适应建筑幕墙行业规范要求及安装角度考虑,玻璃面板采用:8半钢化+2.28PVB+8半钢+12A+12钢化夹胶中空Low-E玻璃,即保证了玻璃的平整度要求,也满足整个项目的视觉效果;同时满足《建筑玻璃应用技术规程》JGJ 113-2015的规定;

因其是单元式幕墙做法,在单元板块位于层间梁僧采用3mm厚单层铝板做为背板。系统三维如图6所示:

 

6-单元式玻璃幕墙系统

2.3. 塔楼巨柱位单元式铝板幕墙系统

系统特点:本系统巨柱倾斜角度约92.3°,标准层层高为4350mm;单元板块标准分格1172*4350mm,重约161kg;面板完成面距结构边沿为300mm

设计思路:面板采用3mm单层铝板,主要是为了考虑铝板在加工、运输及安装后的平整度问题,材质采用3003-H24的铝板;为响应建筑幕墙行业节能的规范要求,在其背衬100mm厚保温棉以达到保温节能的目的;因此单元板块位于巨型柱的二侧,在室内无法接触式安装,则此铝板单元板挂点采用槽钢和角钢与主体钢结构焊接连接的方式,事先采用吊篮进安装并验收合格,铝板单元板块与钢支座直接进行挂接,此种设计即安全又高效。系统三维如图7所示:

7-单元式铝板幕墙系统

2.4. 塔楼办公空中大堂肋式点玻幕墙系统

系统特点:面板分格为1500(1451)*2400mm;重约244~252kg;玻璃肋高约9.7m,宽360mm,重约463kg。面板与结构齐平;支撑结构采用玻璃肋,玻璃肋底部入槽,顶部钻孔与不锈钢连接板通过螺栓连接;

设计思路:此系统面板采用8半钢化+1.9PVB+8半钢化+12A+12钢化夹胶中空高透Low-E玻璃设计,满足建标[2015]38号文,及《建筑玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003规范的相关要求,确定其安全性,在安装和使用过程中即使玻璃发生自爆,也不会产生玻璃碎片脱落的现象;玻璃面板采用不锈钢玻璃夹具与玻璃肋连接固定,连接处打结构胶密封固定;玻璃肋板采用19+2.28SGP+15+2.28SGP+19全钢化夹胶超白玻璃肋; 系统三维图8所示:

8-肋式点玻幕墙系统

2.5. 塔楼桁架构件式铝板幕墙系统

系统特点:立柱与主体钢结构通过焊接连接,立柱与横梁焊接连接,铝板内衬50厚保温岩棉,面板四周折边安装铝角码通过不锈钢螺钉与龙骨连接固定。

设计思路:此系统幕墙设计为构件式幕墙,考虑到与建筑主体为同一受力体系,将立柱与幕墙主体钢结构焊接为一休,而连接相邻立柱的栋梁也采用与立柱焊接的方式;面板材质采用3003-H24的单层铝板。系统三维图9所示

   

9-构件式铝板幕墙系统

2.6. 首层拉索玻璃幕墙系统

系统特点:拉索高度约16.5m,面板分隔为1125*2500mm,重约169kg,面板距离结构450mm。拉索上下采用螺杆固定,并安装有调节端,拉索与玻璃连接采用不锈钢夹具,夹具通过夹紧玻璃四个角固定玻璃,接缝处打胶密封。

设计思路:考虑拉索幕墙的受力稳定体系问题,此竖向拉索采用φ38和φ45mm二种不锈钢拉索,分别在上下二端安装张拉固定装置;面板采用12+1.52PVB+12双钢化夹胶超白安全玻璃。系统三维10所示:

10-拉索玻璃幕墙系统

2.7. 主入口钢结构雨篷系统

系统特点:雨篷完成标高约为5米;宽度约49.66m,最大悬挑4.4m;排水坡度2%;内排;龙骨通过焊接与主体龙骨连接;玻璃面板采用隐框幕墙设计,采用铝合金压块与龙骨固定;铝板位于端部封边,采用铝角码通过不锈钢螺钉与龙骨固定;铝合金格栅通过螺栓与插芯连接固定在雨棚底部。

设计思路:此幕墙系统的主龙骨为主体钢结构;通过受力计算和分析,雨篷系统次龙骨幕墙设计则采用100×30×5镀锌钢方管和L50×5镀锌角钢,即可满足结构计算;考虑到采光及安全的需要,在雨篷上部采用面板为8+1.52PVB+8双钢化夹胶玻璃;在端部及根部则采用3mm单层铝板进行包边,同时内部安放吸音板以消除雨滴产生的噪音,铝板表面氟碳喷涂处理;而在其下部则采用铝合金格栅进行吊顶,以增加美观性。系统三维图11所示:

   

 

11-主入口钢结构雨篷系统

3. 施工总体部署的融合

3.1. 施工总体部署分析

部署总体思路:任何一个超高层玻璃幕墙的设计、采购、加工、运输及安装,都不可能是一次性全部进行,为考虑到项目组织的条理性,将各个环节划分为时间段,划分为工作段,有条不紊的进行。

3.2. 塔楼单元式幕墙如何划分施工段

项目施工段划分 :此项目有裙楼和塔楼二部分组成,而塔楼分别在下部、中部及顶部设计有三个办公空中大堂,幕墙组织施工和施工段的划分可以根据此建筑设计特点,以及总包采用爬模安装措施,将塔楼划分为ABCD共四个施工大段,各大施工段再划分小的施工段;这样一来,在全套幕墙施工图纸通过审核后,设计部门依据项目部划分的施工段进行设计下料,采购按单采购,工厂按单加工单元板块,项目部依据现场进度分别向总包及及公司后台提交详细的进度计划,工厂则将单元板块按现场进度需要进行配送。以达到节约资金和高效组织施工的目的。本项目施工段划分如图13:

12-施工段划分示意图

3.3. 塔楼单元式幕墙施工顺序确定

3.3.1. 垂直方向施工顺序

单元式幕墙垂直方向采用自下而上的施工顺序,逐层安装,分段流水作业;最后进行施工电梯位收口安装;拉索幕墙拉索安装顺序为先中间后两边,玻璃面板自下而上安装;构件式幕墙垂直方向龙骨采用自下而上施工顺序安装,面板采用自下而上施工顺序安装。

3.3.2. 水平方向施工顺序

塔楼单元式幕墙水平方向由转角折线单元板位置作为起点开始施工安装,按照逆时针进行吊装,塔吊和施工电梯位置作为收口位置。如图13所示

         13-水平方向施工顺序示意图

4. 塔楼单元式幕墙安装(吊装)措施选择

4.1. 如何将施工与设计衔接

超高层建筑幕墙的设计任务已经完成定稿,其设计阶段的是否已经考虑到了项目未来在材料采购和加工,现场安装等方面的使得,如何控制好项目的质量、安全、进度等方面的制约因素,则是一个成功的幕墙设计师所要考虑的工作内容。其施工重点把控以下内容:

序号

内容

措施

1

单元式幕墙形式

单元式幕墙选择环形轨道吊装

2

单元式幕墙选择移动小吊车吊装

3

单元式幕墙埋件的面埋设计

面埋槽式埋件采用在室内人工安装的形式

4

单元式幕墙铝型材骨架设计

须事先开模挤压型材,在工厂内组装

5

单元式幕墙玻璃面板设计

单元式幕墙在工厂内组装

6

构件式幕墙在现场安装

7

构件式幕墙形式

利用总包方现有脚手架安装

8

自己搭设吊篮进行安装

9

幕墙胶缝设计

单元式幕墙在工厂内注胶

10

构件式幕墙在现场施打

 

4.2. 埋件及单元体转接件的安装

4.2.1. 设计形式

本项目单元系统采用单支点挂座设计,单元式玻璃幕墙埋件采用槽式埋件,采用面埋。

 

14-塔楼埋件及单元体转接件安装

4.2.2. 措施选择

依据中华人民共和国国家标准GB50016-2014《建筑设计防火规范》(2018年版)第6.2.5:“除本规范规定外,建筑外墙上、下层开口之间应设置高度不小于1.2m的实体墙(如上图所示)或挑出宽度不小于1.0m、长度不小于开口宽度的防火挑檐;”此超高层建筑严格执行国家才规范进行设计。对此设计,就增加了建筑幕墙的安装难度,因单元式幕墙的常规设计预埋件为面埋,则与此防火实体墙相互冲突;那么在项目管理中与总承包单位的协调就非常重要;须协调要求总承包土建单位在幕墙埋件的安装位置暂时预留一个洞口,待幕墙的单元板块正常安装完毕后,再进行封堵,即可顺利完成建筑幕墙埋件及单元板块的安装。

对于顶埋挂座的安装,工人将直接在楼层内操作。如上图14所示:

4.3. 大面位置单元式幕墙的吊装措施

塔楼大面单元幕墙系统玻璃面距离结构300mm,塔楼大面将采用双轨轨道吊进行板块吊装施工。塔楼办公、酒店空中大堂顶部位置单元板高出结构面,大面轨道无法安装,将在顶部阳台位置搭设架高轨道进行单元板的吊装,如图15、16所示:

15-塔楼大面单元板块吊装措施三维图

   

16-塔楼大面单元板块吊装措施现场图

4.4. 巨柱位置单元板块的吊装措施

4.4.1. 设计形式

塔楼主体巨柱位采用铝板作为装饰面,采用单元式铝板幕墙设计,面板完成面距结构边沿为300mm。

4.4.2. 措施选择

由于该位置为巨柱实体,吊装时安装工人无法在室内进行操作,所以考虑在双轨道外侧轨道安装上下双层吊篮,工人在吊蓝上进行单元板辅助吊装工作;由于巨柱向上延伸的同时向内倾斜,针对巨柱倾斜位置考虑在每间隔5层架设一次轨道,以满足巨柱倾斜位置铝板单元板块的吊装。如图17所示:              

  

17-塔楼巨柱位置单元板块吊装措施

4.5. 办公空中大堂肋式点玻幕墙的安装措施

针对该位置幕墙采用在室内搭设双排落地式脚手架和室外侧配合手动葫芦进行安装;脚手架在安装玻璃肋和玻璃面板时,搭设在室内侧,工人经此脚手架上进行安装操作。同时室外采用手动葫芦配合将玻璃肋及玻璃面板吊起。

a、玻璃肋安装完成后,室外搭设双排架,玻璃面板利用葫芦+电动吸盘进行吊装;

b、将肋式点玻幕墙的脚手架搭设至玻璃幕墙外侧,并将脚手架增加至4排,以满足顶部吊顶的安装。

c、铝板利用构件式幕墙脚手架进行安装,脚手架穿过主体钢结构搭设,避开铝板位置。如图18所示:

   

18-塔楼办公空中大堂肋式点玻幕墙的安装措施

 

4.6. 首层拉索玻璃幕墙系统的安装措施

针对该位置幕墙将在室内侧搭设双排落地式脚手架进行拉索及夹具的安装;玻璃面板采用电动葫芦挂装玻璃吸盘进行安装,并在室外侧搭设吊篮进行辅助安装。

预应力钢索张拉前标定张拉设备,张拉设备采用相应的千斤顶制作的工装和配套油泵系统。张拉前可把预应力钢索自由部分长度作为原始长度,当张拉完成后,再次测量原自由部分长度,两者之差即为实际伸长值。因此幕墙系统只有竖向拉索,采用分步张拉原则:先中间后两边的张拉原则进行张拉。如图1920所示:

       19-首层拉索玻璃幕墙系统的安装措施

  

20-首层拉索玻璃幕墙系统的安装措施

4.7. 内倾斜单元板块的吊装措施

4.7.1. 设计形式

塔楼整体造型由下向上逐渐向内收缩,三个面交接转角位置单元板向内倾斜,倾斜角度为2.3°,向内偏移最大距离约12m。经过分析计划大面轨道搭设间距约10层,轨道挑出结构距离约1.3m。

4.7.2. 措施选择

根据图纸分析倾斜板块每10层向内偏移的距离约为1.5~1.8m,大于轨道挑出距离,所以针对倾斜单元板我司将采用移动小吊车吊装,移动小吊车间隔5层搭设一次,倾斜板块5层向内偏移距离约0.8~1m,移动小吊车每5层搭设一次在保证吊装安全的前提下满足倾斜单元板的吊装。如图21所示:

        

21-塔楼内倾斜单元板块吊装措施

 

5. 设计施工一体化管理流程及总结

5.1. 流程

研究建筑设计方案→选择幕墙形式→收集幕墙相关规范→幕墙方案设计→幕墙造价评价→幕墙受力体系分析→幕墙材料性能研究→幕墙材料选用→幕墙方案汇报→幕墙施工图-幕墙材料订购→幕墙材料采购→幕墙材料加工→单元式幕墙板块组装→单元板块水平运输→单元板块垂直运输-→现场测量放线→现场措施选择→现场措施搭设→单元板块安装→幕墙中间检验→幕墙资料整理→幕墙安装验收→幕墙竣工验收。

5.2. 总结

本文通过分析广西南宁天誉东盟创客城(Maker Town)东盟塔幕墙工程在项目设计、采购、加工、安装及服务等项目全寿命运营周期,详细阐述其各个环节的技术重点难点、设计理念及理论联系实际的结合。通过以上案例详细而实际的分析,旨在倡导幕墙工作者们在工作中,熟练掌握理论基本技能的同时,还要身临其境项目现场,通过观察分析用理论设计出来的实体,以检验理论的设计成果,从而提高基本技能和掌握实践经验,以避免理论与实际脱节的局面。

6. 主要参考文献

GB/T21086-2007《建筑幕墙》

JGJ102-2003《玻璃幕墙工程技术规范》

JGJ113-2015《建筑玻璃应用技术规程》

GB/T34327-2017《建筑幕墙术语》

GB50016-2014《建筑设计防火规范》2018版

T/CBDA7-2016《建筑幕墙工程BIM实施标准》

T/CBDA26-2019《建筑幕墙工程设计文件编制标准》

T/CBDA48-2021《单元式玻璃幕墙施工和验收技术规程》

 

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